??? ???? ???? Rabaey

1
????????? ????????????? ??????

• ???? ???? ????
• ??? ???? ???? Rabaey

2
?????

• ?? ?????? ?????? ????? ???? ????? ?? ??????? ?
  ???? ???? ??? ?? ?? ????? ????? ????? ??? ???.
• ???? ????? ????? ???? ???? ??? ?????? ?? ?????
  ????? ???? ???? ?? ??????? ?????.

3
?????

• ??????? ??? ???? ?????? ? ?? ?? ?? ????? ?? ????
  ?????? ????? BiStable ?????? ??????.
• ???? ????? ??? ?????? ?? ?? ????? ???? ????? ???
  ?????? ?? ?? ? ????? ????
• ???? ???? ???? ???? ?? ?????? ?? ??????? ?? ??
  ????? ????? ???? ?? ????? ?????? ?? ?? ??? ???
  ???.
• ??? ???? ????? ?? ???? ?????? ??? ?? ?? ???? ??
  ???? ?? ???? ????? ??? ??? ?? ??? ?? ????? ????
  ????? ????
• ???? 0 Q0 , Q1
• ???? 1 Q1 , Q0
• ??? ???? ????? ?????? ????? ???? ???? ???? ????
  ????? ????? ?? ????.

4
The Bistability Principle

• ?? ??? ????? VTC ?? ????? ????? ??? ??? ???. ???
  ??? ????? ?? ?? ?? ???? ?? ???? ??? ??? ????? ?
  ????? ????? ????? ?? ?? ?? ??? ????? ?? ?????
  ????? ??? 3 ???? ???? ???? ?????? ???? A,B,C
• ??? ???? C ?? ???? ?????? ???? ? ???????? ?? ???
  ???? ???? ???? ???? ???? ???? ? ??? ????? ?? ??
  ???????? ????? ?? ??? ?? ?????? A ? ?? B ?????
  ????? ??. ???? ???? ?????? ????? ???? ??? ?? ???
  ???? ???? ?? ?? ???.

5
????

• ????? ???? ?????? ?? ???? ????? ?????
• ???? ????? ?? ???? ?????? ???. ???? ???? 0
  ?????????? MN0 ????? ??? ? MN1 ??? ???. ????????
  ?? ??????? VQ 5 ???. ???? ???? ???? VQ ?????
  ?? ????? ?????? ??? ??? ?? ????? ???? ???? ?????.
• ???? ????? ???? ???? 1 ??? ????? ??? ?????? ????
  ?????? ???.

6
RS Latch

• ?? ?? ?????? ?? ????? ?? ????? ?? ????? ?????
  ???? ????? ???? ???? ?????. ??? ?? ?? ???? ????
  ?? ??? ??? ?? ???? ???? ????? ???? ???.
• ?? ??? ???? ?? ?????????? ???? ????? ????? ?????
  ????? ??? ???. ?????????? MNIA ????? ?? ?? ???? 0
  ?????. ??? ??? ??? ?????????? ?? VDD ??? ???
  ?????????? ?? ???? ??? ???? ????? ? ????? VQ ??
  ??? ????? ? ?????????? MNOB ????? ????? ??. ???
  ??? VQ ?? ??? ???? ? VQ ?? ?? ????? ???.
• ?? ????? ??? ????? reset ?????? ?????.

7
RS Latch

• ?? ??? ????? ??? VDD ?? ?????????? ??? ???? ???
  ??? VQ ?? ??? ? VQ ??? ?????. ???????? ??? ?????
  set ?????? ?????.
• ?? ??? ???? ????? ?? ?? ?? ????? ?? ????? ???
  ???? ????? ?? ?????? ????? ???.
• ??? ???? ?? RS Latch ? ???? NOR Latch ???
  ?????? ?????.
• ??? ??? ???? ?? ??? ??? NAND ????? ??? ?? ?????
  ?? ?? ?? ????? 0 ???? ???? ????? ????.
• ?? ???????? ??? TTL, CMOS, BiCMOS ???? NOR ?????
  ???? ?????.

8
RS Flip Flop

• ???? ????? ?? ???? ?????? ?? ?? ?? ?????? ?? ??
  ???? ??????? ???.
• ?? ???? ???? ???? ????? ??? R,S ?? ?? ??? ????
  ??????? ???? ??????. ?? ??????? R ? S ??? ?? ???
  ????????? ?? ???? ? ??????? ???? ??? ?? ??? ?????
  ????? ???? ????? ???????? ???? ???? ??? ????.
• ?? ?????? ???? ??????? ?? ???? ?????? ?? ?????
  ?????? ??? ??.

9
CMOS clocked SR flip-flop

• ?? ??? ????? ???? ?? ???? RS-FF ???? ??? ????
  ???? ??? ??? ?? ????? ???? ?? ??? ???? ???? ???.
• ??? ???? ????? ?? ????? ????? ??? ?? ????? ??????
  ?? ?? ??? ??? ???. ????? ?? ?? ?? ??????? ?? 4
  ?????????? ???? ?????? ???? ???? ???? ?? ?????
  ???.
• ????? ????? ????????????? ??? ???? ?? ?????
  ????????????? ???? ???? ????? ???? ?? ?? ??? NOR
  ?? RS Latch ????? ??? ??? ??? ???? ???? ?? ????
  ?????? ???? ???????????? ???? ??? ???.
• ???? ?? Q1 ???? ? ????? ?? R ????? ???? ?????
  ????????????? M4,M7,M8 ????? ?? ????? ????? ??
  ??????. ???? ????? Latch ?????? ????? ????? ?????
  ???? ????? Q ??????? ?? ???? ???? ??? ?? ?? ?????
  ?????? M1-M2 ???? ???. ???? ??? ??? ????? ??
  ????? ????? ???? ???? ????? ?? ???? ???? ????
  ????? ???.
• ???? ????? ?? ??? ??? ???? ?????? ?????????????
  M5, M6, M7, and M8 ???? ????.
• ???? ??? ??? ???? ???????? ???? ??????.

10
???? Transistor Sizing of Clocked SR Latch

• ???? ????? Latch ?? 0 ?? 1 ????? ???? ???? ????
  ?? ????? ????? ????? ????? ?? (M5-M6)-M2 ??
  ?????? M3-M4 ???? ?? VDD/2 ???? ????. ?? ???
  ????? ??? ??? ?? ?? ????? ?? VQ gt VM ????? VQ
  ??? ??? ??? ? ??? M2 ?? ???? ?? ???? ??????.
• ?? ????? ???? ???? ????? ????? ????? ?? ????? VQ
  VDD / 2 ( ?? ?? ??? ?????? ??? ????????? ?????)
  ?????? ????? ???? ?????? ???????????? ?? ??????
  ????. ???? ????? ?? ????? ????? ??????? ?????
  ???? VSET VDD 2.5V and VM 1.25V
• ??? ????? ?? M5,M6 ?????? ????? ????? ????? ?
  W/L5-6 ???? ???? ????????????? ??? ????. ??? ???
  ????? ???? pull-down ?? ?????? ????? ??
  ?????????? ?? ??? ?? ????? ?? ??? ???? ?? ?????
• ??? ???? ?? ??? ?????? ?? ???? ??? ???????? 0.25
  ?????? ??????? ???? ?????? ????
• ??? ???? ????? ???? ?? ?? ?? ?? ?????????????
  M5,M6 ???? W/L???? 4.5 ????.
• -

11
???? Transistor Sizing of Clocked SR Latch

• ?? ??? ??? ????? VQ ?????? ????? ?? ?????? M5,M6
  ???? ???? ??? ???. ?????? ????? ?? ????? W/L
  ?????? ?? 3 ????? ??? ????? ?? ?????? ?? ???????
  ???? ??? ????? 4.5 ???? ???? ???. ???? ??? ??????
  ?? ??? ?????? ??? ????????? ????? ? ???? ????
  ???? ????.
• ?? ??? ??? ???? ????? ???? ???? ????? ??? ????
  ???? ????? ???? ???? ???? ??? ???. ?????? ??????
  ????? ?? W/L ???? ?? 3 ?????? ???? ?? latch
  ????? ???? ???.

12
Propagation delay

• ???? ????? ???? ????? ?? ?????? ???? ????? ?????
  ?????? ???? ???. ???? ???? ?? ???? ????? ???
  ????? ?? ?? ???? ??? Q0 , Q1 ????. ????? ??
  ???? ?? S ???? ????? ?? ????? ????? ???.
• ?? ??? ????? ????? ????? Q ???? M5,M6 ?? ????
  ??? ?????. ?? ???????? Q ??? 0 ???? ???? M2 ????
  ? M1 ??? ???. ?? ????? ???? ???? ???? ????? ?????
  ??? NMOS ????? ?? (M5-M6) and M2 ????? ?????.
  ?????? ?? Q ?? ?????? ????? ???? ????? ?????
  M3-M4 ?????? ??? ????? ????? ????? ???? ???? ?
  ????? ???? ???? ??? ????? ?? M2 ?? ????? ? M1 ??
  ???? ???. ?????? ?? ??? ???? Q ???? ?????.
• ??? ????? ???? ????? ?? ????? ????? Q ??????
  ????? ?? ????? ????? ????? ??? NMOS ????? ??
  (M5-M6) and M2 ??????.
• ???? ???? ????? ????? ?????? Q ???? ??? ?? ?????
  ????? ????? M3-M4 ?? ????? ??? ????? ???.

13
Propagation Delay of Static SR Flip-Flop

• ????) ?? ??????? ?? ???? ??? ????? ?????? ????
  ???? ???? ???? ? ?? ??? ??? ??? ??? ???. ?????
  ?????????? ?? ????? ???? ???? ????? ??? ???. ???
  ????? Latch ??? ????? ?? ????? ????? ?? ??? ?????
  ??? ???.
• ???? ???? ????? ?? ?? ???? ? ?? ???? ?? S ?????
  ?????. ??? ??? ????? ???? ????? ?? ????? Q ?????
  ??? ?? ?????? Q ?????? ??? ???. ?????? ?? ?????
  ?????? M3-M4 ????? ?????? ????? Q ???? ?? ??????
  ?????. ????? ??? ?????? ???? ?? ???? ????? ?????
  ??????.
• ?? ???? ???? ???? ????? ????? ?????? ????? ??? ??

14
Multiplexer-Based Latches

• Latch ?? ?? ??? ??? ??????? ????? ??????. ?? ???
  ?????? ??????? ?? ????? ????? ????? ??? ?? ???
  ??? ?????? ???.
• ??? ???? ????? ?? RS Latch ?????? ??? ????? ??
  ??? ????? ?? ?????? ???????????? ?????? ?? ??????
  ???? ????? ? ??? ?????? ???? ????? ??????.
• ?? ??? ????? ?????? ?? ???? 1 ??? ????? D ??????
  ??? ? ?? ????? ????? ?????. ?????? ?? ???? ???
  ?????? ????? ???? ????? ????? ?? ???? ?????
  ??????? ?????.
• ???? ?? ??? ? 1 ???? ???? ????? ??? ??? ? ???
  ???? ????? ????? ????? ?? ???? ?? ?? ????. ??
  ????? ????? ????? ????? ???????????? ??? ????
  ?????? ????.
• ??? ?? ??????? ??? ???? ??? ??? ?? ???? ?? 4
  ?????????? ????? ????? ?? ???? ?? ?? ???? ???? ??
  ???? ?? ?? ?????????? ????? ???. ???? ??? ???
  ???? ?????? ?? ????? ?? ?????????? ???? ???????
  ????. ??? ?? ??? ???? ???? ?? ??? ????? ??? ???
  ????? ??? ???? ??? ?? ????? ???????? ????? ??
  VDD-VTn ???. ????? ?? ?? ??? ???? ???? ??????? ??
  ???? ????? ????.

15
JK Flip Flop

• ?? ???? JK Flip Flop ??? ????? ?? ?? ?????? ??
  ??? ?? ?? ???? ????? ?????? ???? ???.
• ?? ??? ???? ???? (CLK,Q)(1,1) ???? J ????
  ?????.
• ?? ??? ???? ???? (CLK,Q)(1,1) ???? K ????
  ?????.
• ??? (J,K)(1,1) ??? ????? ????? ?? ?? ???? ????
  ??? ????? ??. ??? ??? ???? ???? ????? ???? ??
  ????? ??? ?????? ???? ?????? ????.

16
JK Flip Flop

• ?? ??? ??? ?? ?? ?? ????? 1 ????? ??? ???. ??????
  ????? ?? ??? ?? 2tp ????? ????? ?????. ??? ?????
  ??? ???? ???? 2tp ????. ??? ??? ??? ???? ???????
  4tp ??? ????? ?? ?? ????? ????? ??? ?????? ??. ??
  ??? ??? ????? ???? ???? ????? ????? ?? ??? ????
  ????? ????? ????. ?? ????? ???? ?????? ????? JKFF
  ???? ??? ???? ?? ??? ?????? ????.
• ?? ???????? ??????? ??? ???? ?????? ???? ????
  ???? ??? ?? ?? ????? master slave ??????? ?????.

17
Masterslave JK flip-flop

• ????? Master-Slave ?? ??????? ?? ?? JKFF ?????
  ?????. ???? ???? ???? (??? ??) ??? ???? ???? ???
  ?? ???? ?? ????. ???? ???? ??? ?? ( ?????) ????
  ???? ??? ?? ???? ??? ????.
• ???? ?? ???? ?? ?????? ?? ???? ?? ????? J,K ?
  ????? ????? ????? ????? ????? ????? ?????. ????
  ?? ???? ??? ?????? ????? ????? ?? ???? ?????
  ????? ????? ??????. ?? ????? ???? ????? ??? ?????
  ????? ? ????? ????? ??? ?? ???? ??? ?????? ?? ???
  ????? ????? ????? ?????? ???.

18
Edge-triggered JK flip-flop

• ???? ???? ???? ?? ??? ?? ????? ????? ?????? ???
  ??????? ????? ???? ??????? ?????. ?? ?????? ?? 1
  ?? 0 ???? ?????? CLK ??? ?? ????? ?????? ??? 3
  ?? ????? ??. ??? S ? R ??? ??????? 2 ?????
  ?????? ???? ???? ?? ?????. ?? ????? ??? ?? ??????
  ??? ???? ??? ??? ???? ?????? ???? ?????? ???.
• ???? ????? ???? ???? ??? ???? ??? ?????? ??? ??
  ??? 1 ?? 0 ???? ???? ???? ?? ??? ???? ???? ?? ???
  ???????.
• ?????? ???? ???? ?? ??? ????????? ?? ????. ?? ???
  ???? ???? ???? ?? ??? ? master-slave ?? ?? ?????
  ??????.

19
Master-slave positive edge- triggered register

• ?? ???? ??? ????? ????? ?? ??????? ?? ??? ??????
  ????? ??? ???. ???? ?? ???? ??? ???? T1 ???? ???
  ? T2 ????? ???. ??? ????? D ??????? ?? QM ????.
  ?? ??? ???? T3 ??? ? T4 ???? ??? ?? ????? ?????
  ????? ?????? I5,I6 ????? ?? ?? ????? ?????? ???
  ??????. ???? ?? ???? 1 ?????? ???? Master ??
  ????? ??? ??? ? ????? ?????? ???? ????? ??????.
  ?? ??? ?? ???? ??? T2 ? ????? ??? T1 ????? ?????
  ?????? I2,I3 ????? QM ?? ?? ??? ????? ?????.
  ?????? ?? ???? ??? T3 ? ????? ??? T4 ????? QM ??
  ????? ??? ?????.

20
Dynamic Transmission-Gate Edge-triggered Registers

• ?? ??? ??? ?? ?????? ???? ?? ??? ?? ?? ?????
  Master-Slave ??? ????? ???? ??? ????? ???? ????
  ??? ???.
• ???? ?? CLK0 ???? ????? ????? ?????? ??? ? ??
  ??? 1 ???? ???? ????? ??? I1 ????? ?????. ?? ???
  ??? ??? 2 ?? ????? ??????? ???? ???? ????.
• ?? ??? ???? ????? ??? ?????? T2 ???? ??? ? ?????
  ????? ??? ?? ??? 1 ?? ????? Q ????? ?????. ?? ???
  ???? ??? T1 ??? ????? ? ?? ????? ????? ??? 1
  ????? ????? ?????? ????? ??? ?? ?? ?????? ???
  ???? ???? ?? ?? ????? ??? ???.
• ??? ???? ????? ???? ????? ?????? ???? ??? ?? 8
  ?????????? ???? ????.

21
Schmitt Triggers

• ?????? ????? ????? ?????? ?? ????? ?? ????? ??
  ????? ???????? ?????. ???? ????? VIL ,VIH ??
  ????? ????? ????? ?????. ??? ????? ?? ????? ???
  ??? ?? ?????? ?????? ????. ????? ?? ?? ??? ??????
  ????? ???? ?? ??? ???? ?????.
• ?????? ????? ????? ?? ?? ????????????? ?? ???? ?
  ?? ?? ????????????? CMOS ????? ??????. ?? ?? ????
  ??????? ???? ?????? ?? ?? ? ????? ???? ?????.
• ?? ?? ???? ?? ???????? ????? ????? 0 ????? VOH
  ???. ??? ????? ?????? ????? ????? ????? ?? VU
  ????? ???? ????? ??? ? ?? ???? ??? ????? ?????
  VOL ????? ??. ?? ??? ???? ??? ????? ????? ?? 1 ??
  0 ????? ???? ????? ?? ????? ????? ??? ????? ????
  ????? ??? ?? ????? ???? ?????? ????? (VL).

22
Schmitt Triggers

• ?????? ??? ????? ??? ???? ????? ???????? ??????
  ?????.
• ?????? ????? ????? ?? ?? ????? ??? ????? ????
  ??????.
• ????? ????? ????? ???? ??? ?????? ????? ?? ??????
  ?????? ??? ? ??????? ?? ????? ???? ????? ?? ?????
  ???. ????? ????? ???? ???? ??? ?????? ????? ???
  ??
• ????? ??? ?????? ????? ?? ??
• ???? ????? ?? ????? rail-to-rail ??? ?????
  ??????????

23
Schmitt Triggers

• ?????? ????? ????? ???? ?? ????????? ????? ?? ??
  ?????? ????? ?????? ??? ?????? ????? ?????. ??
  ??? ??? ?????? ?? ??? ?????? ? ?? ??? ????? ?????
  ?????? ??? ???.
• ?????? ????? ????? ?????? ?? ????????? ????? ??
  ??? ????.

24
CMOS Schmitt Trigger

• ?? ???? ??? ????????????? MPF ? MNF ????? ????
  ???? ??? ???????? ?? ????? ?? ?????.
• ????? ????? ??? ???? ?? ??? ??? ???? ???? ???
  ???.
• ????? VIN0 ????????????? MNO,MNI ? ?????? MPF
  ,MNF ??? ???? ? MPO,MPI ?? ????? ??? ?????. ???

25
CMOS Schmitt Trigger

• ??? ????? ????? ?? VT ????? MNI,MNF ?? ?????
  ??????. ??? ???????????? ?? ?? ? ?? ???? ??
  ?????????? pull-up ????? ????? ????? ??? ??????.
• ?? ??????? MNO ??? ???? ?????? ????? ???? MNI,MNF
  ????? ????? ??? ??
• ?? ?? ??? ?????? ????? ????? VGS ?????????? ?????
  ????? ????? ??? ??

26
CMOS Schmitt Trigger

• ????? ??? ????? VDS ?????????? MNI ????? ?????
  ??? ??
• ????? ???? ?????? ?????? ??? ?? ???? ????? ?? MNO
  ???? ???. ????? ?? ????? ??? ??
• ?? ?? ??? ?????? ?????? ????
• ???? ????? ????? ???? ?????? ??? ???? ?? ?????
  ????? ?? VDD ???? ???? ???. ???? ?? VINVDD ???
  ????????????? MPO,MPI,MPF,MNF ??? ? MNO,MNI ???
  ?????. ??? VOL0
• ??? VIN ?? ????? VDD-VT ???? ???? MPI,MPF ?????
  ?????? ??. ??? ?? ?????????? ?? ?? ? ??
  ?????????????? pull-up ????? ?? ????? ????? ???
  ??????.
• ?? ??????? MPO ??? ??? ????? ???? MPI,MPF ??
  ?????? ????? ?? ??? ????
• ?? ?? ??? ?????? ?????

27
CMOS Schmitt Trigger

• ???????? ????? ???? MPO ???? ?? ???? ????? ???
  ??
• ????? ???? ?????? ????? ????? ????? ??? ?? ????
  ????? ?? MPO ???? ???. ?????? ???? ?? ????? ????
  ?????? ?????
• ?? ?? ??? ?????? ????? ???? ?????? ???? ??? ?????
  ???

28
Timing Metrics for Sequential Circuits

• ?? ???? ??? ?? ????? ?? ?? ?????? ???? ?????
• set-up time (tsu) ????? ??? ?? ???? ????? ????
  ??? ?? ????? ?? 0 ?? 1???? ?? ????? D ????? ????.
• hold time (thold) ????? ??? ?? ???? ???? ??? ??
  ?? ???? ??? ???? ????? ???? ?????.
• ??? ???? ?? ?? ???? ??? ????? ??? propagation
  delay (t tc-q) ????? ??? ?? ??? ????? ???? D ??
  ????? Q ????? ???.
• ??? ?? ??????? ????? ?????? ?????? ????? tplogic
  ???? ????? ??? ???? ???? ?? ????? ??? ????? ???
• ???? thold ??????? ????? ?? ???? ?????
• ?? ?????? ?????? ??? ???? ????? ?? ???? ????? ???
  ?? ????? ???? ?????? ??????? ??? ??????? ??????
  ????? ????.

29
(No Transcript)
30
The C2MOS Register